雾化气体对电弧喷涂过程喷涂金属材料氧化性的影响

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热喷涂过程中喷涂材料的氧化导致涂层结合强度变低,孔隙率增加,严重影响到了涂层的使用性能。为了研究喷涂过程中的氧化特性和机理,减轻热喷涂过程中材料的氧化,本文采用电弧喷涂设备,以熔点相对较高的1Cr18Mn8Ni5N丝材以及熔点相对较低的纯铝丝材为研究对象,在Q235钢基体上进行了喷涂。压缩空气作为雾化气体,固定其它工艺参数,在喷涂距离分别为150mm、200mm、250mm下将喷涂颗粒喷入水中进行收集,改用氩气作为雾化气体,收集喷涂距离250mm时的颗粒。利用金相显微镜,SEM、EDS等对颗粒粒径,颗粒形貌,以及颗粒表面元素分布及含量进行观察和分析,其中1Cr18Mn8Ni5N颗粒也进行了氧气雾化下的颗粒观察和分析,对结果进行补充。压缩空气作为雾化气体,在喷涂距离150mm、200mm、250mm时制得涂层,利用磁阻测厚仪、染色法、万能拉伸试验机、维氏硬度计、失重法等仪器和方法对涂层的厚度、孔隙率、结合强度、硬度、耐蚀性进行测量和测试,改用氩气雾化,在喷涂距离250mm时进行相同性能检测,对比分析;对压缩空气和氩气雾化下的涂层截面试样进行了扫描与能谱分析,分析涂层与基体元素间的扩散情况,并对涂层表面进行了宏观观察。   结果表明:电弧喷涂1Cr18Mn8Ni5N材料,颗粒基本呈球形分布,纯铝材料的喷涂颗粒呈不规则丝状分布。压缩空气雾化下,随着喷涂距离的增加,颗粒表面的含氧量逐渐增加;氩气雾化下,颗粒粒径更加细小均匀,颗粒表面的含氧量在相同条件下均有所降低。雾化粒子在飞行的过程中,空气中的氧卷入到雾化气流中,形成飞行粒子的氧化剂来源,金属的氧化为扩散机制,氩气雾化下,电弧的引弧区域会制备出Ar+等离子体,喷涂温度高,改变了熔滴的粘度和表面张力,雾化效果提高。   在150~250mm喷涂距离内,随着喷涂距离的增加,雾化颗粒的氧化程度逐渐加剧,对应着涂层的孔隙率增大、结合强度降低、硬度降低、耐蚀性下降。采用氩气进行喷涂时,由于焰流集中,温度高,粒子获得的动能大,颗粒细小均匀,使得喷涂粒子在扁平化形成涂层后,涂层的各种性能都得到了提高。同时发现,氩气雾化下,涂层与基体之间除了机械结合外,也出现了少量冶金结合,涂层层状结构明显,而压缩空气雾化下均是纯粹的机械结合,涂层有类似柱状晶结构的生成。
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